RU2350436C2 - Ceramic drill for high-speed drilling - Google Patents
Ceramic drill for high-speed drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350436C2 RU2350436C2 RU2004130365/02A RU2004130365A RU2350436C2 RU 2350436 C2 RU2350436 C2 RU 2350436C2 RU 2004130365/02 A RU2004130365/02 A RU 2004130365/02A RU 2004130365 A RU2004130365 A RU 2004130365A RU 2350436 C2 RU2350436 C2 RU 2350436C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drill
- angle
- cutting
- approximately
- working part
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B51/00—Tools for drilling machines
- B23B51/0081—Conical drills
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
- B23B2226/18—Ceramic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
- Y10T408/03—Processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
- Y10T408/78—Tool of specific diverse material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
- Y10T408/89—Tool or Tool with support
- Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges
- Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
- Y10T408/9097—Spiral channel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к сверлу, выполненному из керамического материала. Оно находит применение, в частности, в авиации для высокоскоростного сверления высокотвердых материалов, таких как жаропрочные материалы и, в частности, суперсплавов на основе никеля и кобальта, например Inconel 718, которые используются, в частности, для изготовления фланцевых деталей в авиационных конструкциях.The present invention relates to a drill made of ceramic material. It finds application, in particular, in aviation for high-speed drilling of high-hardness materials, such as heat-resistant materials and, in particular, nickel and cobalt-based superalloys, for example Inconel 718, which are used, in particular, for the manufacture of flange parts in aircraft structures.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время все шире используется керамика для изготовления режущих инструментов в связи с ее высокой твердостью и способностью выдерживать высокие температуры. Как правило, известные керамические режущие инструменты, которые способны обеспечивать осуществление высокоскоростной механической обработки высокотвердых материалов, такие как описанные в документе ЕР-В1-0477093, представляют собой фрезы и токарные резцы. К сожалению, напряжения, которые могут воздействовать на сверло (связанные с глубиной сверления, удалением стружки, интенсивностью и направлением сил резания) в ходе операции сверления, превышают напряжения, которые могли бы воздействовать на токарный резец или на фрезу в ходе фрезеровочной работы. Эти напряжения затрудняют применение керамических сверл для сверления с очень высокими скоростями материалов повышенной твердости.Currently, ceramic is increasingly used for the manufacture of cutting tools due to its high hardness and ability to withstand high temperatures. Typically, well-known ceramic cutting tools that are capable of providing high-speed machining of high hard materials, such as those described in EP-B1-0477093, are milling cutters and turning tools. Unfortunately, the stresses that can affect the drill (associated with the drilling depth, chip removal, intensity and direction of cutting forces) during the drilling operation exceed the stresses that could affect the turning tool or the milling cutter during milling work. These stresses make it difficult to use ceramic drills for drilling at very high speeds materials with increased hardness.
В каталогах многих производителей предлагается широкий спектр керамических сверл. Одно из таких сверл описано в патенте US-A-5641251. Хотя эти сверла обеспечивают получение улучшенных характеристик по сравнению с обычными сверлами, выполненными из быстрорежущей стали или из карбида вольфрама, варианты их использования ограничены и они не обеспечивают возможности сверления с очень высокой скоростью таких твердых материалов, как суперсплавы. Из-за низкой вязкости керамических материалов керамические сверла обладают более низким пределом прочности при кручении и сопротивлением сжатию, чем металлические сверла, например, выполненные из карбида вольфрама, и с такими механическими характеристиками металлокерамические сверла демонстрируют хрупкость при сверлении твердых материалов или при высоких скоростях подачи, или при высоких скоростях резания. Была проделана большая работа по улучшению механических характеристик материалов на керамической основе. В частности, в патенте US-A-4789277 описаны керамические материалы, в которые внесены волокна (или нитевидные кристаллы) карбида кремния (SiC) для улучшения их механических характеристик. Кроме того, известно и рекомендуется, чтобы режущие кромки сверл всегда выполняли с нулевым или отрицательными углами для защиты режущих кромок от износа и увеличения таким образом срока службы керамического сверла.Many manufacturers' catalogs offer a wide range of ceramic drills. One such drill is described in US-A-5641251. Although these drills provide improved performance compared to conventional drills made of high speed steel or tungsten carbide, their use is limited and they do not provide the possibility of drilling with very high speed hard materials such as superalloys. Due to the low viscosity of ceramic materials, ceramic drills have a lower torsional strength and compression resistance than metal drills, for example, made of tungsten carbide, and with such mechanical characteristics, ceramic-metal drills exhibit brittleness when drilling hard materials or at high feed speeds, or at high cutting speeds. Much work has been done to improve the mechanical properties of ceramic-based materials. In particular, US-A-4,789,277 describes ceramic materials in which fibers (or whiskers) of silicon carbide (SiC) are incorporated to improve their mechanical characteristics. In addition, it is known and recommended that the cutting edges of the drills are always made with zero or negative angles to protect the cutting edges from wear and thus increase the life of the ceramic drill.
Использование таких сверл все же ограничено в отношении материалов и скоростей резания и подачи сверл. В случаях, когда просверливаемые материалы имеют твердость жаропрочных материалов, таких как суперсплавы на основе, например, никеля или кобальта (имеющие число твердости по Виккерсу, составляющее около 440), и при высоких скоростях резания и подачи, например, когда при скорости резания, превышающей около 400 метров в минуту (м/мин) и при скорости подачи, превышающей 0,04 мм за оборот, скручивающее усилие и усилие осевого сжатия, которые генерируются и воздействуют на сверла, известные из уровня техники, достигают значений, неизбежно приводящих к разрушению сверл. Кроме того, силы резания, прилагаемые такими сверлами к обрабатываемым деталям, и трение между радиально-внешними поверхностями сверл и внутренними цилиндрическими поверхностями просверливаемых отверстий приводит к возникновению термических напряжений в сверлах и просверливаемых обрабатываемых деталях, которые приводят к ускоренной порче сверл и деформации обрабатываемой детали при попытках сверлить твердые материалы с высокой скоростью.The use of such drills is still limited in terms of materials and cutting and feed rates. In cases where the drilled materials have a hardness of heat-resistant materials, such as superalloys based on, for example, nickel or cobalt (having a Vickers hardness number of about 440), and at high cutting and feed speeds, for example, when at a cutting speed exceeding about 400 meters per minute (m / min) and with a feed speed exceeding 0.04 mm per revolution, the torsional force and axial compression force that are generated and act on the drills known from the prior art reach values that inevitably lead to the destruction of drills. In addition, the cutting forces applied by such drills to the workpieces and the friction between the radially outer surfaces of the drills and the inner cylindrical surfaces of the drilled holes result in thermal stresses in the drills and drilled workpieces, which lead to accelerated damage to the drills and deformation of the workpiece when trying to drill solid materials at high speed.
Кроме того, с увеличением глубины просверливаемого отверстия скручивающие усилия, воздействующие на керамические сверла, становятся все больше, в первую очередь, из-за нарастающего увеличения площади внешней поверхности сверла, трущейся о внутреннюю цилиндрическую поверхность просверливаемого отверстия, и, во вторую очередь, из-за того, что при сверлении с высокими скоростями керамические сверла из известного уровня техники не способны эффективно извлекать большое количество стружки, что приводит к явлению забивания сверла и, вследствие этого к увеличению скручивающих усилий, прилагаемых к сверлу, и к увеличению риска его разрушения. Эти недостатки обычно делают невозможным сверление с высокой скоростью до глубины, которая превышает диаметр сверла.In addition, with increasing depth of the drilled hole, the torsional forces acting on the ceramic drills become larger, primarily due to the increasing increase in the area of the outer surface of the drill, rubbing against the inner cylindrical surface of the drilled hole, and, secondly, due to the fact that when drilling at high speeds, ceramic drills from the prior art are not able to effectively extract a large amount of chips, which leads to the phenomenon of clogging of the drill and, consequently tion of an increase in torsional forces applied to the drill bit, and an increased risk of its destruction. These drawbacks usually make it impossible to drill at a high speed to a depth that exceeds the diameter of the drill.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков и разработка технического решения, которое отличалось бы простотой и невысокой стоимостью и позволяло улучшить характеристики керамических сверл, и обеспечивало возможность сверления твердых материалов с очень высокой скоростью.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages and develop a technical solution that would be simple and low cost and would improve the performance of ceramic drills, and provide the ability to drill solid materials at a very high speed.
Для решения этой задачи предложено керамическое сверло, содержащее:To solve this problem, a ceramic drill bit is proposed, containing:
- цилиндрический хвостовик; и- cylindrical shank; and
- рабочую часть, проходящую в осевом направлении соосно с хвостовиком и имеющую свободный конец, формирующий режущую оконечность сверла, причем рабочая часть имеет форму усеченного конуса, большее основание которого расположено вблизи режущей оконечности сверла,- the working part, extending in the axial direction coaxially with the shank and having a free end forming the cutting tip of the drill, the working part having the shape of a truncated cone, the larger base of which is located near the cutting tip of the drill,
причем режущая оконечность содержит две главные режущие кромки и центральную кромку, расположенную между двумя главными режущими кромками, при этом рабочая часть содержит два режущих зуба и две канавки, проходящие, чередуясь друг с другом, вокруг оси вращения сверла, режущие зубья и канавки проходят от режущей оконечности к хвостовику, каждый режущий зуб имеет ленточку, и каждая канавка имеет основную переднюю поверхность, примыкающую к ленточке и к главной режущей кромке, по меньшей мере, рабочая часть сверла выполнена из керамического материала, при этомmoreover, the cutting tip contains two main cutting edges and a Central edge located between the two main cutting edges, while the working part contains two cutting teeth and two grooves passing alternating with each other around the axis of rotation of the drill, cutting teeth and grooves extend from the cutting the tip to the shank, each cutting tooth has a ribbon, and each groove has a main front surface adjacent to the ribbon and to the main cutting edge, at least the working part of the drill is made of ceramic Container material, in this case
- передний угол сверла является положительным;- the front angle of the drill is positive;
- задняя поверхность сверла проходит от каждой главной режущей кромки под задним углом, составляющим приблизительно от 4° до 10° относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения сверла; и- the rear surface of the drill extends from each major cutting edge at a rear angle of approximately 4 ° to 10 ° relative to a plane perpendicular to the axis of rotation of the drill; and
- два выреза, формирующие две вторичные передние поверхности, проходят от центральной кромки сверла под положительными передними углами, составляющими приблизительно от 1° до 7° относительно оси вращения сверла.- two cutouts forming two secondary front surfaces extend from the center edge of the drill at positive rake angles of approximately 1 ° to 7 ° relative to the axis of rotation of the drill.
В варианте осуществления изобретения режущие зубья и канавки завиты по спирали вокруг оси вращения сверла под углом наклона винтовой линии, составляющим приблизительно от 20° до 30°, и предпочтительно приблизительно от 20° до 25° относительно оси сверла.In an embodiment of the invention, the cutting teeth and grooves are spirally curled around the axis of rotation of the drill at an angle of inclination of the helix of approximately 20 ° to 30 °, and preferably approximately 20 ° to 25 ° relative to the axis of the drill.
В другом варианте осуществления изобретения угол конусности рабочей части составляет приблизительно от 1° до 5° и предпочтительно приблизительно от 2° до 4°.In another embodiment, the taper angle of the working part is from about 1 ° to 5 °, and preferably from about 2 ° to 4 °.
В другом варианте осуществления изобретения ширина каждой ленточки составляет менее одной десятой и предпочтительно равна или меньше одной двадцатой части внешнего диаметра рабочей части.In another embodiment, the width of each ribbon is less than one tenth and preferably equal to or less than one twentieth of the outer diameter of the working part.
Комбинация размерных и геометрических характеристик сверла, соответствующего изобретению, дает несколько преимуществ.The combination of dimensional and geometric characteristics of the drill according to the invention provides several advantages.
Одно из этих преимуществ состоит в существенном уменьшении скручивающих усилий и усилий сжатия, прилагаемых к сверлу, что предотвращает его разрушение или срезание при сверлении с высокой скоростью высокотвердых материалов, таких как суперсплавы, основанные на никеле и кобальте. Для уменьшения скручивающих усилий без снижения прочностных характеристик сверла используют разные решения, одно из которых относится к ограничению ширины фасок для уменьшения фрикционного момента между сверлом и цилиндрической стенкой просверливаемого отверстия. Конусность рабочей части сверла, составляющая приблизительно от 1° до 3°, также способствует уменьшению фрикционного момента между сверлом и стенкой просверливаемого отверстия, при этом ленточки входят в контакт с внутренней цилиндрической стенкой просверливаемого отверстия только вблизи режущей оконечности сверла. В противоположность практике изготовления керамических сверл известного уровня техники передние углы сверла согласно изобретению являются положительными и составляют приблизительно от 4° до 10° относительно оси сверла, благодаря чему уменьшены силы резания и, следовательно, уменьшены скручивающие усилия, воздействующие на сверло. Согласно известному уровню техники передние углы являются нулевыми или даже отрицательными для уменьшения износа режущих кромок. Уменьшение сил резания и трения между сверлом и стенками просверливаемого отверстия также дает возможность уменьшения тепловой энергии, генерируемой при сверлении, что позволяет осуществлять сверление очень твердых материалов с высокой скоростью без повреждения сверла или обрабатываемой детали.One of these advantages is a significant reduction in the torsional and compression forces applied to the drill, which prevents it from breaking or shearing when drilling high-speed materials such as nickel and cobalt based superalloys at high speed. To reduce the torsional forces without reducing the strength characteristics of the drill, different solutions are used, one of which relates to limiting the width of the chamfers to reduce the frictional moment between the drill and the cylindrical wall of the drilled hole. The taper of the working part of the drill, approximately 1 ° to 3 °, also helps to reduce the frictional moment between the drill and the wall of the drilled hole, while the ribbons come into contact with the inner cylindrical wall of the drilled hole only near the cutting tip of the drill. In contrast to the practice of manufacturing ceramic drills of the prior art, the front angles of the drill according to the invention are positive and are approximately 4 ° to 10 ° relative to the axis of the drill, thereby reducing cutting forces and, therefore, reduced torsional forces acting on the drill. According to the prior art, the rake angles are zero or even negative to reduce wear on the cutting edges. The reduction of cutting forces and friction between the drill and the walls of the drilled hole also makes it possible to reduce the thermal energy generated during drilling, which allows drilling of very hard materials at high speed without damaging the drill or workpiece.
Усилия сжатия, которые воздействуют на сверло при сверлении, уменьшены благодаря двум вырезам, сформированным начиная от центральной кромки металлокерамического сверла. Обычные центральные кромки металлокерамических сверл не имеют переднего угла и, следовательно, они оказывают существенное противодействие осевому перемещению сверла. Наличие вырезов позволяет модифицировать центральную кромку таким образом, что она становится режущей кромкой, имеющей два положительных передних угла, составляющих приблизительно от 1° до 7° относительно оси сверла.The compressive forces that act on the drill during drilling are reduced due to two cuts formed starting from the central edge of the ceramic-metal drill. The usual central edges of the ceramic-metal drills do not have a rake angle and, therefore, they provide a significant resistance to the axial movement of the drill. The presence of cutouts allows you to modify the Central edge so that it becomes a cutting edge having two positive rake angles of approximately 1 ° to 7 ° relative to the axis of the drill.
Согласно изобретению и для снижения риска разрушения или срезания сверла режущие зубья и канавки имеют спиральную конфигурацию, позволяющую сверлу лучше выдерживать скручивающие усилия, которые на него воздействуют, без ухудшения других его прочностных характеристик. Спиральная конфигурация канавок, имеющих угол наклона винтовой линии, составляющий менее 25°, позволяет обеспечивать хорошее удаление стружки независимо от скорости резания и при глубинах сверления, которые могут превышать внешний диаметр сверла.According to the invention, and to reduce the risk of collapse or cutting of the drill, the cutting teeth and grooves have a spiral configuration, allowing the drill to better withstand the torsional forces that affect it, without compromising its other strength characteristics. The spiral configuration of grooves having a helix angle of less than 25 ° allows for good chip removal regardless of the cutting speed and at drilling depths that may exceed the outer diameter of the drill.
В противоположность тому, чего можно было бы ожидать, термические напряжения и порча материала на краю отверстия остаются незначительными и ограничены глубиной в несколько сотен микрометров (мкм). Производимая стружка приобретает красный цвет, когда она выходит из отверстия, что означает, что ее температура составляет около 1000°С. Можно заключить, что энергия, производимая в ходе высокоскоростного сверления, большей частью переходит в стружку и извлекается стружкой. В большинстве случаев просверленные обрабатываемые детали оставляют неотделанными. В отличие от этого в отношении обрабатываемых деталей, которые подвергаются воздействию сильных напряжений, таких как роторы турбореактивных двигателей, отверстия, выполненные в процессе сверления, впоследствии подвергают завершающей отделке обычными средствами. В любом случае высокоскоростное сверление с использованием сверла, соответствующего изобретению, приносит выгоду.In contrast to what might be expected, thermal stresses and material spoilage at the edge of the hole remain negligible and are limited to a depth of several hundred micrometers (microns). The produced chips turn red when they exit the hole, which means that its temperature is around 1000 ° C. It can be concluded that the energy produced during high-speed drilling, for the most part, passes into the chips and is extracted by the chips. In most cases, drilled workpieces are left unfinished. In contrast, with respect to workpieces that are subjected to high stresses, such as rotors of turbojets, holes made during drilling are subsequently subjected to final finishing by conventional means. In any case, high-speed drilling using the drill of the invention is beneficial.
Согласно другим отличительным признакам изобретения угол наклона винтовой линии канавок и режущих зубьев предпочтительно составляет приблизительно от 20° до 25°, при этом рабочая часть сверла имеет угол конусности, равный приблизительно 1°, каждая ленточка имеет ширину, составляющую меньше приблизительно одной двадцатой части внешнего диаметра сверла, задняя поверхность проходит от каждой режущей кромки под углом менее 12° относительно плоскости, перпендикулярной оси сверла, причем указанный угол предпочтительно составляет менее 8°, при этом может быть также сформирована подрезанная поверхность, проходящая в линию с каждой задней поверхностью. Каждая режущая кромка сверла и передняя кромка каждой ленточки, формирующая пересечение каждой ленточки и основной передней поверхности, закруглена с радиусом, составляющим приблизительно от 2 мкм до 40 мкм. Углы режущих кромок также могут быть скошены приблизительно на 0,5 миллиметра (мм) под углом около 20° относительно оси сверла. Эти дополнительные признаки служат для уменьшения скручивающего усилия и усилия сжатия, воздействующих на керамическое сверло. Они также служат для уменьшения количества энергии, производимой при сверлении с высокой скоростью, а также для улучшения рассеяния указанной энергии при помощи стружки.According to other features of the invention, the helix angle of the grooves and cutting teeth is preferably from about 20 ° to 25 °, while the working part of the drill has a taper angle of about 1 °, each ribbon has a width of less than about one twentieth of the outer diameter drill, the rear surface extends from each cutting edge at an angle of less than 12 ° relative to the plane perpendicular to the axis of the drill, and the specified angle is preferably less than 8 °, This may also be formed undercut surface extending in line with each rear surface. Each cutting edge of the drill and the leading edge of each ribbon, forming the intersection of each ribbon and the main front surface, is rounded with a radius of approximately 2 microns to 40 microns. The corners of the cutting edges can also be chamfered by approximately 0.5 millimeters (mm) at an angle of about 20 ° relative to the axis of the drill. These additional features serve to reduce torsional and compression forces acting on the ceramic drill. They also serve to reduce the amount of energy produced by drilling at a high speed, as well as to improve the dispersion of said energy with chips.
Согласно другому предпочтительному признаку угол при вершине сверла, соответствующий углу, сформированному между двумя главными режущими кромками, составляет приблизительно от 140° до 155°. Этот признак обеспечивает самоцентрирование сверла и, следовательно, устраняет необходимость в операции разметки для центрирования сверла.According to another preferred feature, the angle at the tip of the drill corresponding to the angle formed between the two main cutting edges is from about 140 ° to 155 °. This feature provides self-centering of the drill and, therefore, eliminates the need for marking operations to center the drill.
Согласно другим признакам сверла соответствующего изобретению:According to other features of the drill according to the invention:
- каждая ленточка имеет ширину, составляющую от 0,2 мм до 0,8 мм, и предпочтительно от 0,4 мм до 0,8 мм;- each ribbon has a width of 0.2 mm to 0.8 mm, and preferably from 0.4 mm to 0.8 mm;
- хвостовик и рабочая часть сверла выполнены из керамического материала;- the shank and the working part of the drill are made of ceramic material;
- керамический материал выбран на основе окиси алюминия, двуокиси циркония, нитрида кремния или смеси керамических материалов;- the ceramic material is selected based on alumina, zirconia, silicon nitride or a mixture of ceramic materials;
- керамический материал армирован волокнами карбида кремния (SiC); и- ceramic material reinforced with silicon carbide (SiC) fibers; and
сверло приспособлено для сверления жаропрочных материалов, например, таких как авиационные материалы на основе никеля или кобальта, и, возможно, в частности, на основе Inconel 718, имеющего число твердости по Виккерсу, составляющее около 440.the drill is adapted for drilling heat-resistant materials, such as, for example, aviation materials based on nickel or cobalt, and, in particular, based on Inconel 718 having a Vickers hardness number of about 440.
Задача решается также способом сверления при помощи керамического сверла типа, описанного выше, согласно которому для высокоскоростного сверления жаропрочных авиационных материалов на основе кобальта и никеля окружная скорость резания сверла составляет приблизительно от 400 м/мин до 1000 м/мин, и скорость подачи сверла составляет от 0,04 до 0,1 миллиметра за оборот. Эти диапазоны определяют условия, в которых можно использовать керамическое сверло, соответствующее изобретению, без риска ускоренного износа или разрушения сверла, и которые делают возможным хорошее удаление стружки и обеспечивают хорошее рассеяние тепла при помощи стружки. Для получения оптимальных условий использования окружная скорость резания сверла составляет приблизительно от 400 м/мин до 600 м/мин.The problem is also solved by a drilling method using a ceramic drill of the type described above, according to which, for high-speed drilling of heat-resistant aircraft materials based on cobalt and nickel, the peripheral cutting speed of the drill is from about 400 m / min to 1000 m / min, and the feed speed of the drill is from 0.04 to 0.1 mm per revolution. These ranges determine the conditions under which the ceramic drill of the invention can be used without the risk of accelerated wear or fracture of the drill, and which enable good chip removal and provide good heat dissipation with the chip. For optimal conditions of use, the peripheral cutting speed of the drill is approximately 400 m / min to 600 m / min.
Согласно другим признакам способа соответствующего изобретению, сверление осуществляют всухую, без использования смазки, и оно не требует предварительной операции разметки для центрирования дрели. Использование смазки при сверлении сверлом, соответствующим изобретению, не рекомендуется, поскольку она ухудшает характеристики сверла в отношении параметров резания и срока службы.According to other features of the method of the invention, drilling is carried out dry without the use of lubricant, and it does not require a preliminary marking operation to center the drill. The use of lubricant when drilling with a drill according to the invention is not recommended because it degrades the characteristics of the drill in terms of cutting parameters and service life.
В зависимости от требуемого конечного состояния поверхности, для получения завершенного отверстия может быть достаточно выполнить одну операцию сверления без выполнения операции предварительной разметки и без выполнения последующей операции отделки. Поскольку скорость сверления высока и поскольку количество операций при сверлении уменьшено, сверло, соответствующее изобретению, позволяет существенно уменьшить время, требуемое для сверления высокотвердых материалов. По сравнению со сверлами, известными из уровня техники, которые не позволяют выполнять сверление высокотвердых материалов с такими высокими скоростями, длительность операции сверления сверлом согласно изобретению сокращается, по меньшей мере, в 5 раз.Depending on the desired final state of the surface, in order to obtain a completed hole, it may be sufficient to perform one drilling operation without performing a preliminary marking operation and without performing a subsequent finishing operation. Since the drilling speed is high and since the number of drilling operations is reduced, the drill according to the invention can significantly reduce the time required for drilling high hard materials. Compared to drills known from the prior art that do not allow drilling of high hard materials at such high speeds, the duration of a drill operation according to the invention is reduced by at least 5 times.
Согласно другим признакам изобретения способ применим для сверления жаропрочных материалов, в частности авиационных материалов на основе никеля или кобальта, и, возможно, на основе материала Inconel 718, имеющего число твердости по Виккерсу, составляющее около 440, и сверление составляет операцию черновой обработки.According to other features of the invention, the method is applicable for drilling heat-resistant materials, in particular aviation materials based on nickel or cobalt, and possibly based on an Inconel 718 material having a Vickers hardness number of about 440, and drilling constitutes a roughing operation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие фигуры чертежей, в числе которых:The invention is further explained in the description of the options for its implementation with reference to the accompanying figures of the drawings, including:
Фиг.1 представляет схематический вид сбоку сверла, соответствующего изобретению;Figure 1 is a schematic side view of a drill according to the invention;
Фиг.2 - схематический вид переднего конца сверла, показанного на фиг.1;Figure 2 is a schematic view of the front end of the drill shown in figure 1;
Фиг.3 - вид сбоку части сверла, показанного на фиг.1, видимой по направлению А на фиг.2; иFIG. 3 is a side view of a portion of the drill of FIG. 1, visible in direction A of FIG. 2; and
Фиг.4 - вид сбоку части сверла, показанного на фиг.1, видимой по направлению В на фиг.2.FIG. 4 is a side view of a portion of the drill of FIG. 1, visible in direction B of FIG. 2.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В качестве примера на фиг.1-4 показано цельное керамическое сверло для высокоскоростного сверления материалов очень высокой прочности, таких как жаропрочные авиационные материалы, выполненные из суперсплавов и, в частности, из Inconel 718.As an example, FIGS. 1-4 show a one-piece ceramic drill for high-speed drilling of very high strength materials, such as heat-resistant aircraft materials made from superalloys and, in particular, from Inconel 718.
Это керамическое сверло 1 содержит (фиг.1) цилиндрический хвостовик 2 и рабочую часть 3, проходящую от хвостовика вдоль оси 4 сверла. Хвостовик включает в себя кольцевую выточку 5 для захвата зажимным патроном механического станка (не показан). Свободный конец 6 ориентированного вдоль оси цилиндрического хвостовика заканчивается фаской 7 для облегчения вставки хвостовика в зажимный патрон механического станка.This
Рабочая часть 3 сверла 1 содержит два режущих зуба 8 и две канавки 9, проходящие, чередуясь друг с другом, вокруг оси 4 от осевого конца 10 сверла 1, который удален от хвостовика 2 и назван режущей оконечностью сверла. Режущие зубья 8 и канавки 9 завиваются по спирали вокруг оси 4 под углом 11 наклона винтовой линии, который меньше или равен приблизительно 25°.The working part 3 of the
Каждый режущий зуб 8 содержит ленточку 12 для скольжения по внутренней стенке просверливаемого отверстия и заднюю поверхность 13, которые имеют спиральную конфигурацию. Согласно изобретению каждая ленточка 12 имеет ширину 14, которая меньше или равна приблизительно одной десятой диаметра 15 рабочей части 3 сверла 1. Каждая канавка 9 имеет основную режущую поверхность 16, примыкающую к ленточке 12. Пересечение между ленточкой 12 и основной режущей поверхностью 16 формирует кромку, называемую передней кромкой 17 ленточки 12.Each cutting
Каждая ленточка 12 продолжается вблизи режущей оконечности 10 сверла 1 главной режущей кромкой 18. Две главные режущие кромки разделены центральной кромкой 19. Угол 20 при вершине, сформированный между двумя главными режущими кромками, составляет приблизительно от 140° до 155°. Каждая главная режущая кромка 18 сформирована пересечением основной передней поверхности 16 канавки 9 и задней поверхности 21 под углом, составляющим меньше приблизительно 10° относительно плоскости, перпендикулярной оси 4 сверла. Каждая задняя поверхность 21 проходит от главной режущей кромки 18 под задним углом, составляющим приблизительно от 4° до 10°, и предпочтительно приблизительно от 6° до 8° относительно плоскости, перпендикулярной оси 4 сверла 1. Положительный или отрицательный угол определяется ориентацией передней поверхности 16 относительно направления 23 резания: когда передняя поверхность отклоняется от режущей кромки в направлении 23 резания, передний угол является отрицательным, и, наоборот, когда передняя поверхность 16 отклоняется от режущей кромки в направлении, противоположном направлению 23 резания, передний угол 22 является положительным.Each
Каждый угол 24 сверла, образованный пересечением между главной режущей кромкой 18 и передней кромкой 17 ленточки 12, включает в себя скос 25 на приблизительно 0,5 мм и приблизительно под углом 20° относительно оси 4 сверла.Each corner 24 of the drill, formed by the intersection between the
Рабочая часть 3 сверла 1 имеет общую внешнюю конфигурацию в форме усеченного конуса. Большее основание усеченного конуса находится вблизи режущей оконечности 10, и угол 26 конусности рабочей части 3 составляет приблизительно от 1° до 3°.The working part 3 of the
Две вторичные передние поверхности 28, сформированные двумя вырезами 27 (фиг.1, 2 и 4), проходят от центральной кромки 19 сверла под положительным передним углом 29 (фиг.4), составляющим приблизительно от 1° до 7° относительно оси 4 сверла. Таким образом, центральная кромка 19 согласно изобретению включает в себя две вторичные режущие кромки.Two secondary front surfaces 28 formed by two cutouts 27 (FIGS. 1, 2 and 4) extend from the center edge of the
Главная и вторичная режущие кромки 18 и 19 сверла 1 и передняя кромка 17 каждой ленточки 12 имеют закругления с радиусом, составляющим от 2 мкм до 40 мкм.The main and secondary cutting edges 18 and 19 of the
Керамический материал, составляющий цельное сверло 1, выполнен на основе окиси алюминия, армированной волокнами карбида кремния (SiC).The ceramic material constituting the
В варианте выполнения сверла согласно изобретению керамический материал может быть выполнен на основе двуокиси циркония, на основе нитрида кремния или смеси керамических материалов, представляющих двуокись циркония и нитрид кремния, возможно, армированной волокнами карбида кремния.In an embodiment of the drill according to the invention, the ceramic material can be made on the basis of zirconium dioxide, based on silicon nitride or a mixture of ceramic materials representing zirconium dioxide and silicon nitride, possibly reinforced with silicon carbide fibers.
В другом варианте осуществления изобретения рабочая часть 3 и хвостовик 2 сверла 1 представляют собой два элемента, которые выполнены отдельно из разных материалов и соединены друг с другом, например, пайкой твердым припоем. Рабочую часть 3 сверла в этом случае выполняют из керамического материала, тогда как хвостовик 1 сверла выполняют из материала, имеющего большую прочность, чем керамический материал, чтобы он лучше выдерживал усилия, воздействующие на сверло 1. Например, материалом для выполнения хвостовика 2 сверла 1 может быть карбид вольфрама.In another embodiment of the invention, the working part 3 and the shank 2 of the
Для улучшения характеристик сверла 1, соответствующего настоящему изобретению, угол 11 наклона винтовой линии предпочтительно составляет приблизительно от 20° до 25°, рабочая часть 3 имеет угол 26 конусности, равный приблизительно 1°, каждая ленточка 12 имеет ширину 14, которая меньше около одной двадцатой части внешнего диаметра 15 рабочей части 3, каждая задняя поверхность 21 имеет угол, составляющий около 8° относительно плоскости, перпендикулярной оси 4 сверла 1, и каждая задняя поверхность 21 может быть также продолжена подрезанной поверхностью 30.To improve the performance of the
В варианте выполнения сверла 1, соответствующем изобретению, ширина 14 каждой ленточки 12 приблизительно равна 0,5 мм.In an embodiment of a
Керамическое сверло 1, соответствующее изобретению, особенно хорошо адаптировано для сверления жаропрочных материалов, таких как жаропрочные авиационные материалы на основе никеля или кобальта и в целом названные "суперсплавами". Например, можно сверлить с очень высокой скоростью Inconel 718, имеющий число твердости по Виккерсу, составляющее около 440. Согласно изобретению окружная скорость резания сверла составляет приблизительно от 400 м/мин до 1000 м/мин, и скорость подачи составляет приблизительно от 0,04 до 0,1 миллиметра за оборот при сверлении таких твердых материалов, как Inconel 718, что делает возможным существенное уменьшение напряжений, воздействующих на сверло 1 как термически, так и механически в форме скручивающих усилий и усилий сжатия. При этих скоростях термические напряжения снижаются посредством рассеяния тепла при помощи стружки, которая быстро переносит эту тепловую энергию наружу из просверливаемого отверстия. Для получения оптимальных условий использования окружная скорость резания сверла должна составлять приблизительно от 400 м/мин до 600 м/мин. Использование сверла вне рекомендованного диапазона скоростей приводит к ускоренному износу сверла.The
Согласно другому признаку изобретения сверление выполняют всухую, без смазки и оно представляет собой операцию черновой обработки, которая не требует какой-либо предварительной операции разметки для центрирования сверла.According to another feature of the invention, drilling is carried out dry, without lubrication, and it is a roughing operation that does not require any preliminary marking operation to center the drill.
В зависимости от требуемого конечного состояния поверхности, для выполнения завершенного отверстия может быть достаточной одна операция сверления без какой-либо предварительной операции разметки и без какой-либо последующей операции отделки.Depending on the desired final state of the surface, a single drilling operation may be sufficient to complete the hole without any preliminary marking operation and without any subsequent finishing operation.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0312065 | 2003-10-16 | ||
FR0312065A FR2861001B1 (en) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | CERAMIC DRILL FOR HIGH SPEED DRILLING |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004130365A RU2004130365A (en) | 2006-04-10 |
RU2350436C2 true RU2350436C2 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=34355486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004130365/02A RU2350436C2 (en) | 2003-10-16 | 2004-10-15 | Ceramic drill for high-speed drilling |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7367758B2 (en) |
EP (1) | EP1524055B1 (en) |
JP (1) | JP2005118991A (en) |
CA (1) | CA2481804C (en) |
DE (1) | DE602004030650D1 (en) |
ES (1) | ES2356529T3 (en) |
FR (1) | FR2861001B1 (en) |
IL (1) | IL164497A (en) |
RU (1) | RU2350436C2 (en) |
UA (1) | UA85538C2 (en) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7575401B1 (en) * | 2004-11-18 | 2009-08-18 | Precorp, Inc. | PCD drill for composite materials |
SE528917C2 (en) * | 2005-07-05 | 2007-03-13 | Sandvik Intellectual Property | Twist drill |
GB2428611B (en) * | 2005-08-02 | 2007-10-03 | Dormer Tools | Twist drill |
US7665935B1 (en) | 2006-07-27 | 2010-02-23 | Precorp, Inc. | Carbide drill bit for composite materials |
FR2919212B1 (en) | 2007-07-26 | 2009-12-25 | Snecma | CERAMIC DRILL FOR HIGH SPEED DRILLING OF COMPOSITE MATERIALS. |
FR2920327B1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-11-20 | Snecma | GRAZING MILL FOR MACHINING WITH HIGH ADVANCE AND LOW PASS DEPTH |
DE102007050050A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Kennametal Inc. | Concentric tool, especially drills |
WO2009122937A1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 住友電工ハ-ドメタル株式会社 | End mill |
CA2731128C (en) * | 2008-06-28 | 2016-11-08 | Guhring Ohg | Multiple edge drill |
US8342780B2 (en) * | 2008-10-17 | 2013-01-01 | Precorp, Inc. | Shielded PCD or PCBN cutting tools |
US8052361B2 (en) | 2008-12-22 | 2011-11-08 | Afzaal Mir | Drill bit for drilling holes in carboresin laminates |
US9180531B2 (en) * | 2008-12-23 | 2015-11-10 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Drill and drilling method for workpiece |
JP5341502B2 (en) * | 2008-12-26 | 2013-11-13 | 富士重工業株式会社 | drill |
JP5276486B2 (en) * | 2009-03-13 | 2013-08-28 | 富士重工業株式会社 | drill |
US9482615B2 (en) | 2010-03-15 | 2016-11-01 | Industrial Technology Research Institute | Single-molecule detection system and methods |
CN103764325B (en) | 2011-09-06 | 2016-08-17 | Osg株式会社 | Drill bit |
EP2774704B1 (en) | 2011-11-04 | 2018-09-26 | OSG Corporation | Drill |
CN103769640A (en) * | 2013-12-20 | 2014-05-07 | 柳州正菱集团有限公司 | High-speed hole drilling and through hole machining method of front brake adjusting arm casting |
CN104816341A (en) * | 2015-04-17 | 2015-08-05 | 柳州蔚园塑料彩印包装有限责任公司 | Boring method of toughened plastic part |
US10028767B2 (en) * | 2016-09-20 | 2018-07-24 | RELIGN Corporation | Arthroscopic devices and methods |
CN107511511A (en) * | 2017-09-20 | 2017-12-26 | 江苏天工工具有限公司 | A kind of high intensity scrap easily discharges drill bit |
US11679442B2 (en) | 2018-06-22 | 2023-06-20 | Maestro Logistics, Llc | Drill bit and method for making a drill bit |
US11701243B2 (en) * | 2018-09-17 | 2023-07-18 | Tarca Llc | Apparatuses and methods for milling bone |
RU208067U1 (en) * | 2021-02-19 | 2021-12-01 | Юрий Михайлович Сторожев | Twist drill |
CN115890925B (en) * | 2022-12-26 | 2023-07-04 | 江门建滔高科技有限公司 | Micro drill made of superhard ceramic material and processing method thereof |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2778252A (en) * | 1956-09-26 | 1957-01-22 | Nat Twist Drill & Tool Company | Self-thinned heavy-duty twist drill structure |
US4556347A (en) * | 1984-05-11 | 1985-12-03 | Lockheed Corporation | Split-point twist drill |
US4789277A (en) * | 1986-02-18 | 1988-12-06 | Advanced Composite Materials Corporation | Method of cutting using silicon carbide whisker reinforced ceramic cutting tools |
US5230593A (en) * | 1987-12-14 | 1993-07-27 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Twist drill |
DE3853518T3 (en) * | 1987-12-14 | 2004-06-03 | Mitsubishi Materials Corp. | Twist Drill. |
US4898503A (en) * | 1988-07-05 | 1990-02-06 | Lockheed Corporation | Twist drill |
FR2674160A1 (en) * | 1991-03-19 | 1992-09-25 | Lorenzati Denis | Drill bit for piercing materials, particularly refractory materials |
SE507842C2 (en) * | 1992-09-24 | 1998-07-20 | Sandvik Ab | Drill |
FR2698809B1 (en) * | 1992-12-09 | 1995-02-24 | Recoules Fils Ets | Precision twist drill. |
DE4424885A1 (en) * | 1994-07-14 | 1996-01-18 | Cerasiv Gmbh | All-ceramic drill |
FR2773731B1 (en) * | 1998-01-20 | 2000-03-17 | Jose Auguste Fernand Pagnon | SPECIFIC GEOMETRY OF SHARP TOOLS CHARACTERIZED BY A STRAIGHT CUTTING SIDE GENERATED BY A RIGHT OR LEFT PROPELLER |
US6126367A (en) * | 1998-03-31 | 2000-10-03 | Reed; Gary Jack | Precision drill bit |
JP2000263306A (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-26 | Ida Kogyo:Kk | Drilling tool preventing generation of burr |
US6739809B2 (en) * | 2001-09-19 | 2004-05-25 | Kennametal Inc. | Cutting point for a drill |
-
2003
- 2003-10-16 FR FR0312065A patent/FR2861001B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-10-06 ES ES04292379T patent/ES2356529T3/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-06 EP EP04292379A patent/EP1524055B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-06 DE DE602004030650T patent/DE602004030650D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-11 IL IL164497A patent/IL164497A/en unknown
- 2004-10-12 US US10/961,060 patent/US7367758B2/en active Active
- 2004-10-13 CA CA2481804A patent/CA2481804C/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-14 JP JP2004299645A patent/JP2005118991A/en active Pending
- 2004-10-15 UA UA20041008399A patent/UA85538C2/en unknown
- 2004-10-15 RU RU2004130365/02A patent/RU2350436C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РОДИН П.Р. Металлорежущие инструменты. - Киев: Вища школа, 1974, с.57, 95, 102, 104. Справочник инструментальщика./Ред. И.А. Ординарцев. - Л.: Машиностроение, 1987, с.126, 147, 148, табл.4.20. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL164497A0 (en) | 2005-12-18 |
EP1524055A1 (en) | 2005-04-20 |
UA85538C2 (en) | 2009-02-10 |
IL164497A (en) | 2009-08-03 |
FR2861001B1 (en) | 2007-06-22 |
US20050135889A1 (en) | 2005-06-23 |
FR2861001A1 (en) | 2005-04-22 |
RU2004130365A (en) | 2006-04-10 |
CA2481804C (en) | 2011-09-13 |
EP1524055B1 (en) | 2010-12-22 |
JP2005118991A (en) | 2005-05-12 |
US7367758B2 (en) | 2008-05-06 |
ES2356529T3 (en) | 2011-04-08 |
CA2481804A1 (en) | 2005-04-16 |
DE602004030650D1 (en) | 2011-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2350436C2 (en) | Ceramic drill for high-speed drilling | |
RU2469820C2 (en) | Drill for high-speed drilling of composite materials, and drilling method using above described drill | |
JP4603550B2 (en) | Cutting insert for high speed feed face milling | |
JP5473274B2 (en) | Grooving milling cutter for machining with high feed and low cutting depth | |
RU2372171C2 (en) | Helical drill | |
JP2009028895A5 (en) | ||
JP5941618B2 (en) | Turning insert, tool part, metal cutting method and machine tool | |
CA2295224C (en) | Twist drill for dry boring | |
US5193944A (en) | Nicked cutting tool | |
US10124421B2 (en) | End milling cutter for heat-resistant superalloys | |
US5123217A (en) | Drill for use in drilling hard and brittle materials | |
CN108472745B (en) | Drill bit with chip breaker and method for laser cutting chip breaker in drill bit | |
CN110418690A (en) | The ceramic face milling cutters for being used to process inconel with arc profile | |
TW592884B (en) | Collet | |
CN108526552A (en) | Fluted drill with unequal trench spacing and unequal relief angle | |
KR102399372B1 (en) | drill | |
EP4155016A1 (en) | Alloy tool bit twist drill | |
JP5914446B2 (en) | Cutting tool and workpiece machining method using the same | |
JPS61270010A (en) | Drilling tool | |
JP3851804B2 (en) | Replaceable twist drill | |
JP2006231430A (en) | Centering drill and machining method using the same | |
JP5953173B2 (en) | Cutting tools | |
JP3639227B2 (en) | Drilling tools for brittle materials | |
CN207873202U (en) | Rapid shaping drill bit | |
JPS599775Y2 (en) | drilling tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |